DE102019205748A1

DE102019205748A1 - Schaltbares Planetengetriebe

Info

Publication number: DE102019205748A1
Application number: DE102019205748.9A
Authority: DE
Inventors: Fabian Kutter; Matthias Horn; Stefan Beck; Johannes Kaltenbach; Uwe Griesmeier; Thomas Martin; Peter Ziemer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2020-10-29
Also published as: WO2020216505A1; US11746856B2; CN113710925A; US20220163097A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein schaltbares Planetengetriebe (1) umfassend einen Planetenträger (2), mehrere drehbar an dem Planetenträger (2) angeordnete Planetenräder (3) sowie ein Sonnenrad (4) und ein Hohlrad (5), die jeweils mit den Planetenrädern (3) kämmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (2) mindestens ein axial darin verschiebbares Verbindungselement (6) aufweist, das auf einer ersten Seite des Planetenträgers (2) mit einem Aktuator (7) zumindest mittelbar verbunden und auf einer zweiten Seite des Planententrägers (2) mit einem ersten Klauenelement (8) zumindest mittelbar verbunden ist, wobei das erste Klauenelement (8) durch axiale Verschiebung des mindestens einen Verbindungselements (6) im Planetenträger (2) mittels Aktuatorbetätigung zwischen einer ersten Schaltstellung und zumindest einer zweiten Schaltstellung verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein schaltbares Planetengetriebe umfassend einen Planetenträger, mehrere drehbar an dem Planetenträger angeordnete Planetenräder sowie ein Sonnenrad und ein Hohlrad, die jeweils mit den Planetenrädern kämmen.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2004 014 081 A1 ein schaltbares Planetengetriebe mit mehreren Planetenradsätzen, mit wenigstens zwei reibschlüssigen Schaltelementen zum Zuschalten verschiedener Leistungspfade in einen Kraftfluss und mit mehreren formschlüssigen Schaltelementen zum Einstellen verschiedener Übersetzungsstufen in den Leistungspfaden. Die reibschlüssigen Schaltelemente und die formschlüssigen Schaltelemente sind derart zwischen Wellen der Planetenradsätze, einem Gehäuse sowie einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle angeordnet, dass Gangstufenwechsel zumindest in einem unteren Gangstufenbereich über die reibschlüssigen Schaltelemente zugkraftunterbrechungsfrei durchführbar sind. Wenigstens eines der reibschlüssigen Schaltelemente ist als Kupplung ausgeführt. Die formschlüssigen Schaltelemente, die reibschlüssigen Schaltelemente und die Planetenradsätze sind derart im Gehäuse positioniert und miteinander in Wirkverbindung bringbar, dass eine Betätigung der formschlüssigen Schaltelemente ohne einen Durchgriff durch rotierende Bauteile durchführbar ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kompaktbauendes schaltbares Planetengetriebe zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßes schaltbares Planetengetriebe umfasst einen Planetenträger, mehrere drehbar an dem Planetenträger angeordnete Planetenräder sowie ein Sonnenrad und ein Hohlrad, die jeweils mit den Planetenrädern kämmen, wobei der Planetenträger mindestens ein axial darin verschiebbares Verbindungselement aufweist, das auf einer ersten Seite des Planetenträgers mit einem Aktuator zumindest mittelbar verbunden und auf einer zweiten Seite des Planententrägers mit einem ersten Klauenelement zumindest mittelbar verbunden ist, wobei das erste Klauenelement durch axiale Verschiebung des mindestens einen Verbindungselements im Planetenträger mittels Aktuatorbetätigung zwischen einer ersten Schaltstellung und zumindest einer zweiten Schaltstellung verschiebbar ist.
Mithin ist das mindestens eine Verbindungselement axial durch den Planetenträger durchgeführt und dazu eingerichtet, nach Maßgabe des Aktuators, der sich auf der ersten Seite des Planetengetriebes befindet und zumindest mittelbar mit dem mindestens einen Verbindungselement verbunden ist, das erste Klauenelement, das sich auf der zweiten Seite des Planetengetriebes befindet und zumindest mittelbar mit dem mindestens einen Verbindungselement verbunden ist, zwischen der ersten Schaltstellung und zumindest der zweiten Schaltstellung zu verschieben. Mithin erfolgt mittels des mindestens einen Verbindungselements ein Durchgriff durch den Planetenträger, sodass ein kompaktbauendes schaltbares Planetengetriebe ausgebildet wird.
Unter einer zumindest mittelbaren Verbindung von zwei Bauteilen ist zu verstehen, dass die beiden Bauteile direkt, also unmittelbar miteinander verbunden sein können oder, dass zwischen den beiden Bauteilen weitere Elemente angeordnet sind, sodass die beiden Bauteile mittelbar über die weiteren Elemente miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise ist das erste Klauenelement ringförmig ausgebildet. Mithin ist das erste Klauenelement als Klauenring ausgebildet. Unter einem Klauenring ist ein ringförmiges Schaltelement zu verstehen, das zur formschlüssigen Verbindung mit mindestens einem weiteren Element zusammenwirkt. Mithin ist der Klauenring als Schaltelement ausgebildet, das zwischen mindestens zwei Schaltstellungen schaltbar ist und somit zumindest zwei unterschiedliche Übersetzungen am Planetengetriebe realisiert, wobei das Planetengetriebe zwischen den zumindest zwei Übersetzungen schaltbar ist.
Bevorzugt ist das mindestens eine Verbindungselement stiftförmig bzw. stangenförmig ausgebildet. Mithin ist das mindestens eine Verbindungselement als Schaltstift ausgebildet. Ein Schaltstift ist ein zylindrisches Bauteil, das vorzugsweise aus einem Metall ausgebildet ist. Insbesondere ist der mindestens eine Schaltstift aus Vollmaterial oder hohlzylindrisch und somit gewichtsreduziert ausgebildet.
Vorzugsweise weist das erste Klauenelement eine Innenverzahnung auf, die in einer ersten Schaltstellung mit einer Verzahnung an einem zweiten Klauenelement formschlüssig verbunden ist, und in einer zweiten Schaltstellung mit einer Verzahnung an einem dritten Klauenelement formschlüssig verbunden ist. Insbesondere sind die erste Verzahnung an dem zweiten Klauenelement und die zweite Verzahnung an dem dritten Klauenelement als Außenverzahnungen ausgebildet. Unter einer Verzahnung ist eine Struktur zu verstehen, die formschlüssig mit einer korrespondierend bzw. komplementär dazu ausgebildeten Struktur verbunden ist. Die Außenverzahnung ist an einer Außenumfangsfläche des jeweiligen Bauteils ausgebildet, wobei die Innenverzahnung an einer Innenumfangsfläche des jeweiligen Bauteils ausgebildet ist.
Beispielsweise ist das zweite oder dritte Klauenelement mit dem Sonnenrad oder mit dem Hohlrad drehfest verbunden. Gemäß eines weiteren Beispiels ist das zweite Klauenelement mit dem Sonnenrad oder mit dem Hohlrad drehfest verbunden. In diesem Fall wird der Planetenträger in der ersten Schaltstellung mit dem Sonnenrad oder mit dem Hohlrad drehfest verbunden. Gemäß eines weiteren Beispiels ist das dritte Klauenelement mit dem Sonnenrad oder mit dem Hohlrad drehfest verbunden. In diesem Fall wird der Planetenträger in der zweiten Schaltstellung mit dem Sonnenrad oder mit dem Hohlrad drehfest verbunden. Alternativ ist das zweite Klauenelement mit dem Sonnenrad und das dritte Klauenelement mit dem Hohlrad drehfest verbunden. In diesem Fall wird der Planetenträger in der ersten Schaltstellung mit dem Sonnenrad und in der zweiten Schaltstellung mit dem Hohlrad drehfest verbunden. Ebenso ist es auch denkbar das zweite Klauenelement mit dem Hohlrad und das dritte Klauenelement mit dem Sonnenrad drehfest zu verbinden. In diesem Fall wird der Planetenträger in der ersten Schaltstellung mit dem Hohlrad und in der zweiten Schaltstellung mit dem Sonnenrad drehfest verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Klauenelement in einer dritten Schaltstellung von dem zweiten und dritten Klauenelement entkoppelt. Mithin befindet sich das erste Klauenelement in der dritten Schaltstellung in einer Zwischenstellung, die den Planetenträger von dem zweiten und dritten Klauenelement entkoppelt und somit frei drehen lässt.
Insbesondere ist die dritte Schaltstellung axial zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung angeordnet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass aus der dritten Schaltstellung (Neutralstellung) je nach Richtung der axialen Verschiebung des ersten Klauenelements in die erste oder zweite Schaltstellung geschaltet werden kann. Dies verkürzt insbesondere den Schaltweg und die Schaltzeit.
Bevorzugt weist das erste Klauenelement eine Außenverzahnung auf, die in einer Innenverzahnung des Planetenträgers greift und axial geführt ist. Beispielsweise kann die Außenverzahnung am ersten Klauenelement lediglich einen Zahn aufweisen, der dazu eingerichtet ist mit der korrespondierend bzw. komplementär dazu ausgebildeten Zahnlücke bzw. Nut an einem axialen Abschnitt des Planetenträgers formschlüssig zusammenzuwirken, um eine kontrollierte axiale Verschiebung des ersten Klauenelements zu realisieren und eine Rotation des ersten Klauenelements zu verhindern. Alternativ kann die Außenverzahnung umlaufend am ersten Klauenelement ausgebildet sein und eine Vielzahl von Zähnen und Zahnlücken aufweisen, die formschlüssig mit einer korrespondierend bzw. komplementär dazu ausgebildeten Innenverzahnung an einem axialen Abschnitt des Planetenträgers zusammenwirken. Bei einer Aktuierung des Aktuators gleitet das erste Klauenelement mit seiner Außenverzahnung axial in der Innenverzahnung am Planetenträger zwischen den mindestens zwei Schaltstellungen. Vorzugweise ist der Aktuator elektromechanisch aktuierbar.
Vorzugsweise sind mehrere Verbindungselemente am Planetenträger aufgenommen, wobei jeweils ein Verbindungselement in Umfangsrichtung zwischen zwei Planetenräder am Planetenträger angeordnet ist. Mithin sind Verbindungselemente und Planetenräder in Umfangsrichtung abwechselnd am Planetenträger angeordnet. Insbesondere ist ein jeweiliges Verbindungselemente in eine dafür vorgesehene axiale Ausnehmung am Planetenträger angeordnet und axial geführt, wobei ein jeweiliges Planetenrad über einen jeweiligen Planetenradbolzen drehbar am Planetenträger gelagert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Verbindungselement auf der ersten Seite des Planetenträgers mit einer Scheibe verbunden, wobei die Scheibe mittelbar über eine Schiebemuffe und eine Schaltgabel mit dem Aktuator verbunden ist. Mithin verschiebt der Aktuator bei Betätigung eine Schaltgabel, die in eine Schiebemuffe greift, wobei die Schiebemuffe mit der Scheibe verbunden ist und über die Scheibe das mindestens eine Verbindungselement betätigt. Insbesondere sind eine Vielzahl von Verbindungselemente über den Umfang gleichmäßig verteilt an der Scheibe aufgenommen, sodass über die Scheibe alle Verbindungselemente gleichzeitig axial im Planetenträger verschoben werden. Vorzugsweise ist die Schaltmuffe an einer Welle axial beweglich aufgenommen. Bevorzugt ist die Scheibe topfförmig gebogen und kommt axial an der Schaltmuffe zur Anlage.
Beispielsweise ist das mindestens eine Verbindungselement formschlüssig in einer jeweiligen Ausnehmung an der Scheibe aufgenommen. Insbesondere ist das mindestens eine Verbindungselement mit der Scheibe verpresst.
Ferner bevorzugt ist das mindestens eine Verbindungselement über einen Sprengring formschlüssig am ersten Klauenelement angeordnet. Vorzugsweise ist der Sprengring formschlüssig in einer dafür vorgesehenen Nut am jeweiligen Verbindungselement angeordnet und kommt axial an dem ersten Klauenelement zur Anlage.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

1 eine vereinfachte schematische Perspektivschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes,
2 eine vereinfachte schematische Halbschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Planetengetriebes,
3 eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer ersten Schaltstellung eines ersten Klauenelements des erfindungsgemäßen Planetengetriebes,
4 eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer zweiten Schaltstellung des ersten Klauenelements des erfindungsgemäßen Planetengetriebes, und
5 eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer dritten Schaltstellung des ersten Klauenelements des erfindungsgemäßen Planetengetriebes.

Gemäß 1 und 2 weist ein erfindungsgemäßes schaltbares Planetengetriebe 1 einen Planetenträger 2, mehrere drehbar an dem Planetenträger 2 angeordnete Planetenräder 3 sowie ein Sonnenrad 4 und ein Hohlrad 5 auf. Vorliegend kämmen drei Planetenräder 3 mit dem Sonnenrad 4 und dem Hohlrad 5, wobei aufgrund der Schnittdarstellung in 1 lediglich ein Planetenrad 3 dargestellt ist. Die Planetenräder 3 sind über nicht näher dargestellte Planetenradbolzen am Planetenträger 2 drehbar gelagert. Das Sonnenrad 4 ist mit einer ersten Welle W1 drehfest verbunden, wobei der Planetenträger 2 mit einer zweiten Welle W2 drehfest verbunden ist.
Der Planetenträger 2 weist drei axial darin verschiebbare sowie stiftförmig ausgebildete Verbindungselemente 6 auf, wobei aufgrund der Schnittdarstellung in 1 und 2 lediglich ein Verbindungselement 6 dargestellt ist. Die Verbindungselemente 6 sind auf einer ersten Seite des Planetenträgers 2 über eine Scheibe 14, über eine Schiebemuffe 15 und über eine Schaltgabel 16 mit dem Aktuator 7 verbunden. Vorliegend ist das jeweilige Verbindungselement 6 formschlüssig in einer jeweiligen Ausnehmung 17 an der Scheibe 14 aufgenommen. Die Scheibe 14 ist topfförmig gebogen und kommt an der Schiebemuffe 15 zur Anlage. Die mit dem Aktuator 7 wirksam verbundene Schaltgabel 16 greift in die Schiebemuffe 15 formschlüssig ein, um diese nach Maßgabe des Aktuators 7 axial zu verschieben. Der Aktuator 7 ist lediglich in 2 stark vereinfacht dargestellt und dazu eingerichtet, elektromechanisch aktuiert zu werden. Die Verbindungselemente 6 und die Planetenräder 3 sind in Umfangsrichtung abwechselnd am Planetenträger 2 angeordnet. Mit anderen Worten ist jeweils ein Planetenrad 3 zwischen zwei Verbindungselementen 6 angeordnet.
Auf einer zweiten Seite des Planententrägers 2 sind die Verbindungselemente 6 mit einem ringförmigen ersten Klauenelement 8 verbunden. Wie besonders gut aus 1 und 2 ersichtlich ist, ist die zweite Seite des Planetenträgers 2 gegenüber der ersten Seite des Planetenträgers 2 nicht von außen zugänglich. Vorliegend sind alle Verbindungselemente 6 über einen gemeinsamen Sprengring 18 mit dem ersten Klauenelement 8 verbunden, wobei in dem Klauenelement 8 für jedes Verbindungselement 6 eine Bohrung 19 zur Durchführung und Verbindung des jeweiligen Verbindungselements 6 ausgebildet ist. Das erste Klauenelement 8 weist eine Außenverzahnung 12 auf, die in einer Innenverzahnung 13 des Planetenträgers 2 greift und darin axial geführt ist, um eine axiale Verschiebung des ersten Klauenelements 8 zu ermöglichen und gleichzeitig eine Rotation des ersten Klauenelements 8 zu verhindern. Ferner weist das erste Klauenelement 8eine Innenverzahnung 9 auf, die in einer ersten Schaltstellung mit einer Verzahnung 10a an einem zweiten Klauenelement 10 formschlüssig verbindbar ist, und in einer zweiten Schaltstellung mit einer Verzahnung 11a an einem dritten Klauenelement 11 formschlüssig verbindbar ist. Das zweite Klauenelement 10 ist drehfest mit einer dritten Welle W3 verbunden. Das dritte Klauenelement 11 ist drehfest mit dem Hohlrad 5 verbunden. Die drei Wellen W1, W2, W3 sind koaxial zueinander angeordnet und rotieren um eine gemeinsame Drehachse A.
In 1, 2 und 5 ist das erste Klauenelement 8 in einer dritten Schaltstellung dargestellt, wobei das erste Klauenelement 8 in der dritten Schaltstellung von dem zweiten und dritten Klauenelement 10, 11 entkoppelt ist. Das erste Klauenelement 8 wird mittels Aktuatorbetätigung durch axiale Verschiebung der Verbindungselemente 6 im Planetenträger 2 zwischen den drei Schaltstellungen verschoben. Die dritte Schaltstellung des ersten Klauenelements 8 ist eine Zwischenstellung, wobei die dritte Schaltstellung axial zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung angeordnet ist. Mithin ist das erste Klauenelement 8 in der dritten Schaltstellung weder mit der ersten noch mit der zweiten Verzahnung 10a, 11 a im Zahneingriff und somit von dem zweiten und dritten Klauenelement 10, 11 entkoppelt.
3, 4 und 5 zeigen jeweils einen Ausschnitt des Planetengetriebes 1 gemäß 1 und 2 stark vereinfacht, wobei 3 das erste Klauenelement 8 in der ersten Schaltstellung zeigt, wobei ferner 4 das erste Klauenelement 8 in der zweiten Schaltstellung zeigt, und wobei 5 das erste Klauenelement 8 in der dritten Schaltstellung zeigt.
Gemäß 3 ist die Innenverzahnung 9 des ersten Klauenelements 8 in der ersten Schaltstellung mit der Verzahnung 10a an dem zweiten Klauenelement 10 formschlüssig verbunden.
Gemäß 4 ist die Innenverzahnung 9 des ersten Klauenelements 8 in der zweiten Schaltstellung mit der Verzahnung 11a an dem dritten Klauenelement 11 formschlüssig verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Planetengetriebe
2: Planetenträger
3: Planetenrad
4: Sonnenrad
5: Hohlrad
6: Verbindungselement
7: Aktuator
8: erstes Klauenelement
9: Innenverzahnung am ersten Klauenelement
10: zweites Klauenelement
10a: Verzahnung am zweiten Klauenelement
11: drittes Klauenelement
11a: Verzahnung am dritten Klauenelement
12: Außenverzahnung am ersten Klauenelement
13: Innenverzahnung am Planetenträger
14: Scheibe
15: Schiebemuffe
16: Schaltgabel
17: Ausnehmung
18: Sprengring
19: Bohrung
A: Drehachse
W1: erste Welle
W2: zweite Welle
W3: dritte Welle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004014081 A1 [0002]

Claims

Schaltbares Planetengetriebe (1) umfassend einen Planetenträger (2), mehrere drehbar an dem Planetenträger (2) angeordnete Planetenräder (3) sowie ein Sonnenrad (4) und ein Hohlrad (5), die jeweils mit den Planetenrädern (3) kämmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (2) mindestens ein axial darin verschiebbares Verbindungselement (6) aufweist, das auf einer ersten Seite des Planetenträgers (2) mit einem Aktuator (7) zumindest mittelbar verbunden und auf einer zweiten Seite des Planententrägers (2) mit einem ersten Klauenelement (8) zumindest mittelbar verbunden ist, wobei das erste Klauenelement (8) durch axiale Verschiebung des mindestens einen Verbindungselements (6) im Planetenträger (2) mittels Aktuatorbetätigung zwischen einer ersten Schaltstellung und zumindest einer zweiten Schaltstellung verschiebbar ist.
Planetengetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Klauenelement (8) ringförmig ausgebildet ist.
Planetengetriebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Klauenelement (8) eine Innenverzahnung (9) aufweist, die in einer ersten Schaltstellung mit einer Verzahnung (10a) an einem zweiten Klauenelement (10) formschlüssig verbunden ist, und in einer zweiten Schaltstellung mit einer Verzahnung (11a) an einem dritten Klauenelement (11) formschlüssig verbunden ist.
Planetengetriebe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Klauenelement (8) in einer dritten Schaltstellung von dem zweiten und dritten Klauenelement (10, 11) entkoppelt ist.
Planetengetriebe (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schaltstellung axial zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung angeordnet ist.
Planetengetriebe (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite oder dritte Klauenelement (10, 11) mit dem Sonnenrad (4) oder mit dem Hohlrad (5) drehfest verbunden ist.
Planetengetriebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Klauenelement (8) eine Außenverzahnung (12) aufweist, die in einer Innenverzahnung (13) des Planetenträgers (2) greift und axial geführt ist.
Planetengetriebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verbindungselemente (6) am Planetenträger (2) aufgenommen sind, wobei jeweils ein Verbindungselement (6) in Umfangsrichtung zwischen zwei Planetenräder (3) am Planetenträger (2) angeordnet ist.
Planetengetriebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement (6) auf der ersten Seite des Planetenträgers (2) mit einer Scheibe (14) verbunden ist, wobei die Scheibe (14) mittelbar über eine Schiebemuffe (15) und eine Schaltgabel (16) mit dem Aktuator (7) verbunden ist.
Planetengetriebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement (6) über einen Sprengring (18) formschlüssig am ersten Klauenelement (8) angeordnet ist.
Planetengetriebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (7) elektromechanisch aktuierbar ist.
Planetengetriebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement (6) stiftförmig ausgebildet ist.